正温度系数热敏电阻PTC基础科普，材料特性和典型应用

钛酸钡陶瓷掺了微量稀土元素之后，室温下电阻率大概100Ω·cm，温度升到120度附近，电阻率突然涨了四五个数量级，从100Ω·cm跳到10^6Ω·cm，再往上继续升温，电阻率又慢慢回落。这条电阻-温度曲线就是PTC的全部秘密，居里点以下低阻导通，越过居里点电阻陡增，自己把自己关掉。D:\PTC\PTC_basics\rt_curve.xlsx里记了几组实测数据，居里点120度的配方，电阻突变区大概在100到140度之间。

材料是BaTiO3基的，纯BaTiO3的居里点在120度左右，掺锶进去居里点往低温走，掺铅往高温走。掺锶10%居里点降到40度左右，适合做低温加热；掺铅5%居里点升到160度以上，适合工业加热。掺杂浓度对居里点的移动几乎是线性的，每1%锶大约降8度，每1%铅大约升10度。电阻突变倍率跟烧结工艺关系很大，温度梯度、保温时间、冷却速率都影响晶粒边界状态，晶界电阻在居里点附近变化最剧烈，整个PTC效应主要发生在晶界上。

电阻-温度曲线分三段。开关型PTC的Rmin在居里点以下几十度范围内，阻值最低；Rmax在居里点以上20到30度，阻值最高；再往上温度继续升，本征载流子激发，电阻率又掉下来。Rmax跟Rmin的比值叫突变倍率，好的配方能做到6到7个数量级。加热用PTC不需要突变倍率那么大，4个数量级就够用，传感器用PTC要求高一点，6个数量级起步。突变倍率不够的PTC做保护的时候残流大，被保护的电路可能已经烧了PTC还没完全关断。

自控温加热是PTC最主流的应用。通电之后PTC自己发热，温度升到居里点附近电阻猛增，功率自动降下来，温度稳定在居里点附近。环境温度变了，PTC自己调功率，温度高了多降点电阻，温度低了多出点功率，不需要任何传感器和控制器。暖风机、足浴盆、汽车座椅加热、电动车PTC风暖，全是这个原理。功率密度能做到10到30W/cm²，陶瓷片厚度2到5mm，电压从12V到400V都有对应的配方。12V的汽车PTC居里点通常100到130度，400V的电动车PTC居里点200度以上，因为高压下同样功率的电流小，发热密度可控。

过流保护是另一个路子。PTC串在电路里，正常电流下阻值低不影响电路，短路或者过载的时候电流大了PTC自己发热，温度越过居里点电阻剧增，把电流限制在很小的值。彩色电视机消磁电路里那个三脚消磁电阻就是PTC，开机瞬间低阻，消磁线圈流过十几安培的电流，一两秒后PTC发热进入高阻态，电流降到毫安级，消磁结束。电机启动PTC也是同样逻辑，启动绕组通电时间短，PTC从低阻跳到高阻把启动绕组断开。冰箱压缩机启动器用的就是PTC，比离心开关可靠，没有机械触点磨损。

应用选型的时候三个参数最关键。额定零功率电阻R25，25度下的阻值，决定了正常状态下的压降和功耗。居里点温度Tc，决定了加热类应用的工作温度上限或者保护类应用的触发温度。最大工作电压Vmax和最大电流Imax，超过这两个值PTC进入热失控，电阻降不回来，烧掉。加热类应用还要看额定功率和热耗散系数，PTC的稳态温度是功率和散热平衡的结果，装在不同散热条件的结构里，同一个PTC温度可以差几十度。D:\PTC\PTC_basics\selection_guide.xlsx里放了几家国产PTC的规格，华工高理、安培龙、维安的那几个型号，R25从1Ω到10kΩ都有。

跟NTC的区别很多新手搞混。NTC是负温度系数，温度升高电阻降低，用来测温的多。PTC是正温度系数，温度升高电阻增加，用来加热或者保护的多。NTC测温用，响应快，线性度好，但需要分压电路和AD转换。PTC不需要外部电路，自己就是开关，但响应慢，因为要等陶瓷体整体温度上来。PTC的电阻突变是非线性的，做温度传感器精度不如NTC，做开关正好。两个不能互换，拿PTC去测温，常温段电阻变化太小，读不出精度；拿NTC去做自控温加热，温度升高电阻降低，功率越来越大，热失控直接烧。

PTC陶瓷的生产工艺跟普通陶瓷不一样。球磨、造粒、压片、烧结、被电极，烧结温度1350度左右，保温两小时，冷却速率控制晶界氧含量。电极用银浆丝网印刷，烧渗温度600到800度。芯片两面被电极之后焊引线或者压接端子，外面包绝缘层，蓝壳或者黄壳一般是环氧或者硅胶。汽车级PTC的可靠性要求高，温度循环、湿热偏压、耐焊接热都得过，AEC-Q200是门槛。D:\PTC\PTC_basics\process_notes\里放了几个工艺参数记录，那个烧结曲线的升温速率和降温速率……

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